SOLON. R-xG 120n. Lars Podlowski. Hightech-Doppelglasmodule mit n-topcon Technologie. Whitepaper

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1 Lars Podlowski (Dr. r R-xG 120n Hightech-Doppelglasmodule mit n-topcon Technologie Whitepaper

2 Produkte All unsere Produkte folgen dem Anspruch Superior Solar Solutions, für den seit über 20 Jahren steht. Für unsere Produkte bedeutet das, mehr als nur dem Industriestandard nachzukommen, sondern neue Maßstäbe für Qualität und Effizienz zu bieten: Langlebigkeit, hohe Wirkungsgrade, Ästhetik und Stabilität. Dieses Whitepaper diskutiert die Technologie unsere R-xG120n Serie und erläutert so, warum dieses Produkt die beste Wahl ist für alle Solar-Dachanlagen. 1. Einleitung Photovoltaik-Module sind ein Massenprodukt geworden. Die resultierenden Kostenreduktionen sind die Grundlage dafür, dass Solarstrom in den letzten 20 Jahren um einen Faktor 10 billiger geworden ist, und die Photovoltaik eine der maßgeblichen Säulen der zukünftigen 100% erneuerbaren Stromversorgung bilden wird. Der starke internationale Wettbewerb resultiert in einem Kostendruck, der Hersteller animiert oder zwingt die preiswertesten Rohstoffe einzusetzen. Es ist aber essenziell die Produktqualität nicht zu kompromittieren als Basis für langfristig hohe Stromerträge. Die Qualität eines Solarmoduls sieht man ihm aber nicht von außen an, und so bedarf es einer Expertin/eines Experten, um ein Produkt wirklich zu beurteilen. Die Modulserie R-xG120n 1 stellt eine Besonderheit dar. Bei der Entwicklung war es unser Anspruch ausschließlich Technologien einzusetzen, die aus sich heraus eine extreme Langzeitbeständigkeit garantieren. Gleichzeitig darf das Produkt aber nicht zu teuer werden, um es für eine breiten Anwenderkreis erschwinglich zu halten. Diese Solarmodule sind nicht die billigsten aber sie sind besonders preiswerte Produkte angesichts der eingesetzten Spitzen-Technologien. Dies möchten wir mit diesem Whitepaper erläutern. 2. Technologie der R-xG-120n Serie Bei Solarmodulen gibt es verschiedene Technologie-Ansätze, die grundsätzlich besser sind als andere Lösungen. Dies betrifft die Wahl der verwendeten Solarzellen, aber auch anderer Rohstoffe n-topcon Solarzellen Solarzellen aus kristallinem Silizium haben in der Photovoltaik einen Marktanteil von > 95% erlangt. Der Halbleiter Silizium selber ist bezüglich seiner elektronischen Eigenschaften sehr stabil und damit eine sehr gute Basis. Die heute am meisten verwendeten Solarzellen ( PERC ) basieren auf Bor-dotierten Siliziumwafern. Es ist jedoch schon lange bekannt, dass das Bor in Verbindung mit anderen Verunreinigungen des Wafers für verschiedene Degradationsphänomene verantwortlich sein kann, und sowohl in der Literatur als auch in der realen Praxis ist dies ein ausführlich behandeltes Thema. Diese ganze Problematik wollen wir bei der R- xg120n Serie vermeiden, und es finden daher keine PERC-Zellen Verwendung, sondern sog. TOPCon Solarzellen auf der Basis von n-typ (Phosphor-dotierten) Wafern. Rein äußerlich sind diese von konventionellen Solarzellen nicht zu unterscheiden. Sie enthalten aber kein Bor und sind daher inhärent sicher gegen bestimmte Degradationsphänomene. Auch das Temperaturverhalten von n-topcon Solarzellen ist besser als das vieler anderen Technologien. Alle Silizium-basierten Solarzellen verlieren Wirkungsgrad mit steigender Temperatur, 1 x steht je nach optischer Variante für W=white, B=black oder T=transparent

3 aber bei Zellen auf n-typ Basis ist der sog. Temperaturkoeffizient besser als z.b. bei PERC Zellen, und damit ist der spezifische Jahresstromertrag höher. TOPCon Solarzellen sind etwas teurer als PERC Solarzellen. Schon das Wafermaterial ist aufgrund des besseren Reinheitsgrades etwas hochpreisiger, und auch die Fertigungsprozesse der Solarzelle sind aufwändiger. Aber man erkauft sich einen höheren Stromertrag sowie Sicherheit gegenüber übermäßigem Leistungsverlust BB-Halbzellen Verschaltung Um die internen Stromverluste zu minimieren hat sich in den letzten Jahren das Konzept der Halbzellen-Module etabliert. Dabei werden Solarzellen mittels Laserschneiden halbiert, und statt aus 60 quadratischen Solarzellen besteht ein Solarmodul aus 120 halben Solarzellen. Zwei Teilfelder aus je 60 Solarzellen sind im Modul parallel verschaltet, um wieder das übliche Spannungsniveau zu erreichen. Dieses Seriell-Parallel- Konzept verbessert die Teilverschattungs-Charakteristik des Moduls, und die geringere Stromstärke reduziert zusätzlich das Risiko für Schäden im Falle eines sog. Hot-Spots. Die Zellen sind verschaltet über jeweils 9 Stk. Runddrähte, was eine hohe Redundanz im Falle eines Defektes bewirkt. Das Verschaltungskonzept aus Halbzellen und 9 Runddrähten ist nach aktuellem Forschungsstand die verlustärmste Konfiguration Einbettmaterial POE Das Einbettmaterial ist neben der Solarzelle selbst der wichtigste Rohstoff zur Sicherstellung der Langlebigkeit eines Solarmoduls. Das Einbettmaterial schützt die Solarzellen; es muss UVstabil sein und gegen Feuchtigkeit schützen. Das am meisten verbreitete Einbettmaterial bei Solarmodulen ist das sog. EVA. Moderne Formulierungen sind sehr transparent und UV-stabil und lassen sich sehr gut verarbeiten. Allerdings bildet sich im EVA unter dem Einfluss von eindiffundierender Feuchtigkeit Essigsäure, und diese führt zur Korrosion der silberhaltigen Zellgridlinien und der Lötverbindungen, und damit zu einem schleichenden Leistungsverlust des Moduls. Dies vermeidet die Verwendung des sog. POE zur Einbettung. Es bildet sich keine Essigsäure, und in Langzeit-Versuchen zeigen Solarmodule mit POE sich gegenüber Produkten mit EVA deutlich überlegen. Für Modulhersteller hat POE allerdings den Nachteil, dass es etwas weniger transparent und langsamer in der Verarbeitung ist, und auch noch teurer. Trotz allgemein anerkannter technologischer Überlegenheit hat POE daher nur einen kleinen Marktanteil und wird nur für echte Spitzenprodukte eingesetzt Doppelglas-Technologie In der am meisten verbreiteten Modultechnologie sind die Solarzellen hinter einem ca. 3,2mm dicken Frontglas mit einer rückseitigen witterungsbeständigen Kunststoff-folie eingebettet. Bei mechanischer Belastung durch Wind oder Schnee biegt sich die Glasscheibe, deren Rückseite wird gestreckt und die Solarzellen leicht auseinander-gezogen. Dies kann zu Rissen der empfindlichen Siliziumscheiben führen und damit zu einem Leistungsverlust. Abb. 1: Die rechteckigen Solarzellen sind über 9 Stk. Runddrähte miteinander verschaltet.

4 Bei der Doppelglas-Technologie sind die Solarzellen zwischen zwei Glasscheiben eingebettet. Ein Doppelglas-Solarmodul aus 2 x 2mm Gläsern biegt sich deutlich weniger stark durch als ein 3,2mm Standardmodul 2, und die Solarzellen unterliegen keinerlei mechanischem Stress, da sie sich in der Mitte zwischen den beiden Glasplatten befinden und dort keinerlei Zugbeanspruchung ausgesetzt sind (sog. neutrale Faser). Die ist ein weiterer wichtiger Faktor für eine längere Lebensdauer. Abb. 2: In einem Glas-Folien-Laminat (oben) werden die Solarzellen bei mechanischer Belastung gestreckt. Bei Einbettung zwischen zwei Glasscheiben (unten) sind die Solarzellen in der neutralen Faser und so besser geschützt 3. Langzeit-Zuverlässigkeit Solarmodule sind langlebige Investitionsgüter. Wir setzen all unsere Erfahrung ein, um Produkte herausragend in Bezug auf Zuverlässigkeit und langfristige Stromproduktion zu machen. Und bei der R-xG 120n Modulserie machen wir keine Kompromisse: es kommen ausschließlich Technologien und Rohmaterialen zum Einsatz, die nach aktuellem Wissensstand der Community eine überdurchschnittliche Lebensdauer und ein besonders niedriges Risiko für vorzeitigen Leistungsverlust aufweisen Licht-induzierte Degradation LID Solarzellen auf der Basis von p-dotierten Wafern erleiden innerhalb der ersten Tage des Outdoor- Einsatzes üblicherweise einen Leistungsverlust von 1-3%. Der Effekt ist wissenschaftlich sehr gut verstanden, und wird auf Bor-Sauerstoff-Komplexe im Wafer zurückgeführt. N-dotierte Wafer beinhalten kein Bor, so dass dieser Effekt schlicht nicht auftreten kann. Wir haben zwei unserer n-typ Module bei einem unabhängigen Prüfinstitut auf LID testen lassen. Das Resultat: Die STC-Modulleistung verbesserte sich sogar um 0,3% Potenzial-Induzierte Degradation PID Die spannungsinduzierte Leistungsreduzierung ist ebenfalls ein gut verstandener Effekt, und es ist auch seit vielen Jahren klar welche Maßnahmen im Moduldesign getroffen werden können, um ein Modul PID-stabil zu gestalten. In der Praxis ist PID aber noch immer ein relevantes Thema. Auch bzgl. PID sind n-typ basierte Solarzellen inhärent sicherer als z.b. PERC Solarzellen, und auch Messungen an n-typ Modulen bestätigen einen Leistungsverlust von <3% (bestmögliche Klassifizierung) entsprechend IEC/TS : Light and elevated Temperature Induced Degradation LeTID Die sog. LeTID Degradation ist ein licht- und temperaturabhängiger Effekt, der maßgeblich bei PERC Solarzellen auftritt. Sowohl das Wafermaterial als auch die Prozessierung bei der Produktion der Solarzelle beeinflussen die LeTID-Degradation, die nach neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen auf jeden Fall mit Wasserstoff in der 2

5 Solarzelle im Zusammenhang steht. LeTID ist mit einem Leistungsverlust im Bereich von 3-10% verbunden, der in unserer gemäßigten Klimazone über Jahre anhält. Auch bezüglich LeTID sind n-topcon Solarzellen technologie-bedingt sehr viel weniger anfällig als PERC Solarzellen 3. Insgesamt lassen Solar-module in Doppelglas-Ausführung und mit n-top- Con Solarzellen gegenüber konventionellen Solarmodulen mit PERC Solarzellen eine deutliche bessere Langzeitstabilität erwarten. 4. Garantiebedingungen Die eingesetzten Technologien und die daraus resultierende verbesserte Langzeitstabilität sind die Basis für besondere Garantiebedingungen bei der R-xG 120n Modulserie. Da die Bauart des Moduls als Doppelglas-Verbund mit POE-Einbettung in Kombination mit n-topcon Solarzellen n-topcon PERC LID nein ca. 1.5% PID nein hoch LeTID gering hoch Degradation < 1% 1,5 3,0% im 1. Jahr Weitere Degradation < 0,4% p.a. 0,5 0,8% p.a. Tab. 1: Degradationsrisiken und -daten von n-topcon Solarzellen im Vergleich zur PERC Technologie. nach allen wissenschaftlichen Erkenntnissen besonders langzeitstabil ist, können wir dies an unsere Kunden weitergeben. Wir garantieren einen Leistungsverlust von nur max. 1% im ersten Betriebsjahr, und danach einer langfristigen Leistungsabnahmen von nur max. 0,4% pro Jahr bis zum 30. Betriebsjahr. Dies ist deutlich besser als die Garantien, die bei konventionellen Modulen gewährt werden können. Abb.3: Darstellung des garantierten maximalen Leistungsverlustes der n-typ Solarmodule im Vergleich zum Industriestandard. 5. Andere Ausstattungsmerkmale Diese Solarmodul-Serie ist in jeder Hinsicht optimiert: bezüglich Zuverlässigkeit und Ertragsstärke, aber auch die Sicherheit und das optische Erscheinungsbild sind für uns wichtige Aspekte Bifazialität Hervorzuheben ist, dass die R-xG Module von beiden Seiten lichtempfindlich sind ( bifazial ). So kann auch Streulicht, das auf die Rückseite eines Moduls fällt, noch zur Stromerzeugung beitragen. Die Bifazialität haben auch die weiße und die schwarze Modul-Varianten zur Eigenschaft. Abb. 4: Ansicht des Moduls R-WG 120n von der Vorderseite (links) und der Rückseite (rechts) _June.pdf Seiten 30-32

6 Dies wird erreicht, indem das rückseitige Modulglas mit einem weißen bzw. schwarzen Gitternetz dort bedruckt ist, wo die Solarzellenzwischenräume sind. So entsteht der entsprechende optische Eindruck von vorne, aber von hinten ist die Rückseite der Solarzellen offen zugänglich STÄUBLI MC4-Steckverbindungen Die elektrischen Steckverbindungen sind eine kritische Komponente bei Solarmodulen, da sie den Strom über viele Jahrzehnte verlustfrei übertragen sollen. Minderwertige oder defekte Steckverbindungen sind eine häufige Ursache für Reklamationen, und sie können im Extremfall Ausgangspunkt für Lichtbögen und Brände sein. Wir verwenden ab dem Jahr 2021 ausschließlich original STÄUBLI MC4-Modulsteckverbindungen. STÄUBLI ist weltweit bekannt für sein extrem hochwertigen und langlebigen Steckverbindungen, so dass wir auch beim Thema Stecker keine Kompromisse hinsichtlich der Komponentenauswahl machen Schwarzer Aluminium-Rahmen Um die Montage der Module zu erleichtern und einen optimalen Schutz der Glaskanten zu gewährleisten sind alle Module mit einem Aluminium-Rahmen ausgestattet. Um trotzdem ein ansprechendes Bild der Solaranlage zu erzielen sind die Rahmen bei der Modulserie R-xG schwarz eloxiert, was gegenüber den üblichen silbernen Aluminium-Rahmen zu einem ansprechenderen Erscheinungsbild führt. 6. Eine Technologie drei optische Varianten Abb. 5: Das Modul R-BG 120n hat trotz Doppelglastechnologie ein fullblack Design Anwendungen und Geschmäcker sind verschieden, und so bieten wir dieses Modul in drei unterschiedlichen optischen Varianten. Bei den Modelle R-WG und R-BG sind die rückseitigen Gläser weiß bzw. schwarz bedruckt. Das R-WG bietet das für Solarmodule gewohnte Erscheinungsbild von weißen Zwischenräumen zwischen den Solarzellen. Das Modell R-TG ist teil-transparent, da die rückseitige Scheibe keine Bedruckung hat und so zwischen den Solarzellen und am Rand Licht durch das Modul durchtreten kann. Dies ist für Anwendungen wie Veranda-Überdachungen oder Carport die schönste Lösung. Beim R-BG haben wir uns um ein möglichst gleichmäßig schwarzes elegantes Erscheinungsbild gekümmert. Nicht nur die Farbe der Solarzellen selbst ist besonders kritisch sortiert, sondern das betrifft auch Moduldetails wie schwarze Verbindungsleiter und sogar schwarze Barcode-Label. Zusammenfassung Die Solarmodulserie R-xG 120n ist das Spitzenprodukt. Es vereint mehrere Technologieansätze, die zusammen garantieren, dass diese Module eine extrem stabile Leistung über viele Jahrzehnte aufweisen werden. Es ist dies die beste Wahl für alle anspruchsvollen Kunden, die Wert legen auf stabile hohe Erträge über viele Jahrzehnte, und gleichzeitig ein besonders ästhetisches Erscheinungsbild wünschen.

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8 Über Die Marke steht bereits seit 1996 für hochwertige und langlebige Photovoltaik-module. Unser Technologie-Team setzt sich aus Experten und Wissenschaftlern zusammen, die seit vielen Jahren zu den Pionieren auf dem Gebiet der Solar-Modultechnologie zählen. Dank des erstklassigen Know-hows und des Innovationspotenzials unseres Teams wurden -Produkte schon mehrfach mit dem Intersolar Award und einigen anderen Preisen ausgezeichnet. Seit der Entwicklung der ersten -Produkte ist es unser Anspruch, Solarmodule mit höchsten Qualitäts- und Leistungsansprüchen anzubieten. Unsere Systeme bieten Lösungen, die der Standardmarkt meist nicht anbietet und machen solare Energie so zu jeder Zeit und überall verfügbar. Über 2GWp an -Produkten erzeugen heute global in allen Klimazonen effiziente und nachhaltige Energie. Unsere Mission ist es, wettbewerbsfähige Energie auf allen Dächern gewinnen zu können. Unsere Lösung: Moderne Technologie vereint mit exzellenter Fertigung in erstklassigen Modulen für den Residential- und Commercial- Markt sowie zukunftsweisende Solar-Systeme. SOLYCO Solar AG ist eine Marke der Baseler Strasse 60 T: SOLYCO Solar AG Berlin Deutschland M: